變電站直流電源智能化在線遠程監(jiān)測系統(tǒng)應用

1、<p>　　變電站直流電源智能化在線遠程監(jiān)測系統(tǒng)應用</p><p>　　摘要：利用局域網(wǎng)實現(xiàn)全局直流設備遠程監(jiān)控?？梢约皶r發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患，保障供電系統(tǒng)的安全，極大地提高變電站的安全性和可靠性，逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)檢修，提高系統(tǒng)的運行維護管理水平。大大減輕變電站維護檢測的工作量，顯著提高蓄電池的使用奉命。 </p><p>　　關鍵詞：直流；在線監(jiān)測系統(tǒng)；應用 </p&

2、gt;<p>　　中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　目前對蓄電池進行監(jiān)測及狀態(tài)評估主要以蓄電池內阻為主要參考依據(jù)，由于大容量蓄電池內阻極小，僅為數(shù)十至數(shù)百微歐，并且蓄電池在線工作時，由于高頻開關電源紋波有蓄電池工作電流和影響，要對蓄電池內阻進行精確測量是極為困難的。美國密特、日本日置采用交流注入法測量蓄電池內阻，該方法抗干擾能力弱，只適用于離線電池的測量，而對工作

3、蓄電池的在線監(jiān)測誤差較大。美國阿爾伯采用直流放電法測量蓄電池內阻，但需要70～150A的測試電流，對蓄電池產(chǎn)生電流沖擊，造成蓄電池極板變形、活性物質脫落，對蓄電池的壽命產(chǎn)生嚴重影響。 </p><p>　　以高精度運算放大器為基礎的信號可控帶通濾波、自動增益放大技術，超高速同步信號采樣技術，F(xiàn)FT、小波分析為基礎的現(xiàn)代數(shù)字信號分析處理技術，神經(jīng)元算法為基礎的模式識別技術等一系列高新技術近年來取得了突破性的進展，多

4、頻點交流放電法蓄電池內阻測試技術采用了以上最新的科技成就，實現(xiàn)了對在線工作蓄電池真實內阻的精度測量，測量電流僅為3～5A，在存在高頻開關電源紋波及蓄電池工作電流強干擾條件下，蓄電池內阻測試精度優(yōu)于2%，重復精度優(yōu)于1%，可以有效識別出蓄電池內阻微小的變化，以此為基礎建立專家系統(tǒng)，實現(xiàn)了對蓄電池狀態(tài)評估，及時找出蓄電池組中的個別落后蓄電池，提高了直流系統(tǒng)的安全性和可靠性，確保了供安全。 </p><p>　　當前變

5、電站直流電源系統(tǒng)存在以下不足之處： </p><p>　　1) 電力系統(tǒng)推廣無人值班變電站后，調度或直流專責維護人員無法及時了解現(xiàn)場直流設備和蓄電池組的工作狀態(tài)、運行性能，發(fā)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的隱患，直到出現(xiàn)直流故障時才去處理,此時,事故已經(jīng)擴大。 </p><p>　　2) 蓄電池組各單體電池的電壓不均衡，有些電壓過高、有些則過低，蓄電池組的使用壽命嚴重縮短。 </p><

6、;p>　　3) 蓄電池核對性放電試驗費時、費力，難以按時保質保量完成，且無法實時反映蓄電池的平時運行狀態(tài)及其性能變化趨勢。 </p><p>　　4) 目前，現(xiàn)場直流設備的控制和維護，容易誤操作，安全隱患較多。 </p><p>　　過去，電力系統(tǒng)的各個變電站都有人值守，可以對直流設備的運行狀態(tài)進行定期檢查，因而可以及時發(fā)現(xiàn)并處理其出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，保證變電站的安全穩(wěn)定運行。目前，電力

7、系統(tǒng)推廣無人值班變電站，雖然調度中心可以通過遠動通道獲取變電站運行情況的實時信息，但是對于直流部分只能得到少量的重要信息（包括：遙信量——充電機交流電源故障，充電機故障，直流絕緣接地，直流電源電壓異常；遙測量——控母電壓）。它不能反映直流系統(tǒng)運行的詳細信息，特別是它不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)剛剛開始出現(xiàn)異常運行的情況，直到長期的異常運行發(fā)展為故障時才上發(fā)調度，此時，事故已經(jīng)擴大。目前，對直流設備運行控制和維護也是由維護人員現(xiàn)場進行，容易誤操作，安全隱

8、患較多；核對性放電費時、費力，變電站多，維護人員少，顯然無法保證按期按量完成，且無法實時反映蓄電池的平時運行狀態(tài)及其性能變化趨勢。另外，現(xiàn)有蓄電池組運行，從技術上講也存在一些缺陷，直流系統(tǒng)的蓄電池組一般由幾十只至一百多只單體蓄電池串聯(lián)而成，串聯(lián)狀態(tài)下的蓄電池組雖然充放電電流是一致的，但由于電池的參數(shù)、外部環(huán)境及單體自放電的差異，使得蓄電池組各單體電池的電壓實際并不均衡，有些電壓過高、有些則過低，造成蓄電池</p><

9、p>　　因此，直流電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用十分必要。該系統(tǒng)可以實時采集直流充電機運行狀態(tài)、電池的單體電壓及內阻、母線電壓、電流、絕緣監(jiān)視,饋線開關狀態(tài)檢測等重要電源特性參數(shù)，將各變電站的直流設備信息上送到監(jiān)控中心，實現(xiàn)直流設備遠程監(jiān)控、直流設備運行歷史查詢和設備運行異常的情況上報等功能，及時發(fā)現(xiàn)設備運行的不正常狀態(tài)，及時處理，而不等其發(fā)展演變成事故；實現(xiàn)遠程蓄電池組容量試驗、電池內阻測試及在線均衡，直流母線遠程控制及狀態(tài)切換、充電機

10、均/浮充轉換遠程控制、充電機參數(shù)的遠程設置等功能，能極大減輕維護人員的工作量，降低維護成本，減少現(xiàn)場操作所帶來的種種隱患。 </p><p>　　同時，系統(tǒng)還對充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)進行監(jiān)測，保證充電裝置可靠運行，并不對蓄電池產(chǎn)生不利的影響。 </p><p>　　本直流電源及蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)代表了當今的科技水平，技術水平處于國際先進水平。項目技術成熟，產(chǎn)品適用于在電力變電

11、站、通訊基站、通訊機房、及多個行業(yè)的大型UPS電源的直流系統(tǒng)及蓄電池在線監(jiān)測，并已經(jīng)得到了應用。 </p><p><b>　　一、主要措施 </b></p><p>　　本直流電源及蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)對直流電源系統(tǒng)進行在線監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患，保障供電系統(tǒng)的安全，極大地提高變電站的安全性和可靠性，逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)檢修，提高系統(tǒng)的運行維護管理水平。大大

12、減輕變電站維護檢測的工作量，顯著提高蓄電池的使用奉命，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有很好的推廣應用前景。 </p><p><b>　　二、系統(tǒng)組成 </b></p><p>　　直流電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)由電壓采集內阻均衡模塊、開關量模塊、放電負載、監(jiān)控終端裝置、服務器軟件、系統(tǒng)監(jiān)控軟件幾部分組成。每個變電站端的監(jiān)控終端通過RS485總線將采集均衡模塊，開關量模塊，放

13、電負載連接到一起，將它們所有的信號收集到一起統(tǒng)一管理，并且可以通過局域網(wǎng)將采集到的所有信息傳送到中心服務器軟件，服務器軟件將信息存儲管理并分發(fā)信息到每個相關管理崗位的計算機，并使其在局域網(wǎng)上每個計算機均可瀏覽到所有信息，提供分級的管理口令可對任意一個變電站的信息及參數(shù)進行更改并能提供相關的遠程控制。 </p><p>　　1、電壓采集內阻均衡模塊 </p><p>　　電壓采集器主要用于電

14、池單體電壓、內阻測量，并解決電池均衡問題；采用下放式安裝結構（如圖2），利用485總線構成傳感器網(wǎng)絡,與監(jiān)控裝置通訊，每個采集器監(jiān)測6只電池(2V,4V,6V,12V均可),并且自動切換擋位,不影響精度,接線采用插拔式接線端子,便于更換和維護,帶有自恢復保險絲不會燒毀模塊和導致短路,使系統(tǒng)維護風險降低到最低限度。為了提高性能，提高采樣精度，采集器采用TI 公司MSP430系列單片機作為主控制器，帶有16位高精度A/D轉換器，16M時鐘頻

15、率。 </p><p>　　2、開關量監(jiān)測模塊 </p><p>　　開關量模塊主要用于母線及各饋線開關狀態(tài)的采集，采用下放式安裝結構，利用485總線與監(jiān)控裝置通訊，每個模塊可同時監(jiān)測8路開關量,每路開關量均通過光電隔離,隔離電壓4000V,開關量判斷最小時間1ms,可設置軟件抗抖動處理,具有硬件抗干擾措施,由通信電源提供主工作電源。 </p><p><b&

16、gt;　　3、監(jiān)控終端裝置 </b></p><p>　　監(jiān)控終端裝置負責采集電壓采集模塊,開關量模塊,放電內阻單元等模塊數(shù)據(jù),并把采集到的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心（遠端）,同時負責本地數(shù)據(jù)的存儲、實時顯示、設置、表格、查詢、報警等人機操作界面控制,并可通過通訊方式控制充電機狀態(tài)轉換及參數(shù)修改。 </p><p>　　監(jiān)控裝置采用32位ARM 處理器作為主控制器芯片,該芯片片內資源豐

17、富,具有60M時鐘頻率,帶有4個UART,2個I2C,2個SPI,10/100網(wǎng)卡等資源, UART1和UART2為RS485接口，用于采集2組電池的電壓,其中UART2可用來連接其他智能通信裝置(如充電機等), 10/100網(wǎng)絡通信接口用于本地調試或調度上傳。 </p><p><b>　　4、放電負載 </b></p><p>　　放電負載是直流電源遠程監(jiān)控系統(tǒng)的

18、主要組成部分，可以對兩組電池進行核對性放電試驗，配有7路控制輸出，可以完成電池組虛脫機，電池組放電，電池組切換，母線并列等遠程控制操作；通過通信口與監(jiān)控裝置連接，可實現(xiàn)遠程放電，遠程控制電池組切換等控制操作。具有以下功能： </p><p>　　(1) 具有可遙控放電試驗功能 </p><p>　　(2) 可以設定放電的終止條件，包括電池組終止電壓、單體電池電壓、電池組放電容量、放電時間。

19、 </p><p>　　(3) 負載采用新型功率材料，無紅熱及明火現(xiàn)象，強制風冷。 </p><p>　　(4) 可以設置采樣的時間間隔，以達到分析數(shù)據(jù)的最佳效果。 </p><p>　　(5) 可將放電過程的全部電壓數(shù)據(jù)及相關參數(shù)值上傳監(jiān)控中心。 </p><p><b>　　5、服務器軟件 </b></p>

20、;<p>　　服務器軟件負責與每個變電站的監(jiān)控終端通信,接收監(jiān)控終端發(fā)來的所有數(shù)據(jù),并且存儲每個子站發(fā)來的報警數(shù)據(jù)和需要保存的歷史數(shù)據(jù),查詢、更改每個裝置的設置. </p><p><b>　　6、系統(tǒng)監(jiān)控軟件 </b></p><p>　　系統(tǒng)監(jiān)控軟件負責監(jiān)控和瀏覽所有監(jiān)控終端發(fā)送來的數(shù)據(jù),可設置每個變電站的直流系統(tǒng)模擬圖,并可在模擬圖上直接顯示出控制

21、母線電壓,合閘母線電壓,每個空開的運行狀態(tài)及電池組溫度等信息,可以用表格形式查看每節(jié)電池的當前電壓,也可以用曲線或表格的形式進行對比,查看歷史運行曲線等功能,查看和遠程更改現(xiàn)場采集模塊的相關設置等遠程控制信息。 </p><p>　　三、關鍵技術問題及技術創(chuàng)新點 </p><p>　　1、微歐級微小電阻的精密測量； </p><p>　　2、蓄電池內阻測試不得有大電

22、流沖擊，測試電流小于10A，不對蓄電池組及直流系統(tǒng)運行和產(chǎn)生任何影響，不對蓄電池產(chǎn)生損害； </p><p>　　3、抗干擾性強，直流系統(tǒng)的數(shù)十安至數(shù)百安的工作電流、高頻開關電源的紋波不對測試精度產(chǎn)生任何影響，以適應于各種苛刻條件下對直流系統(tǒng)的在線監(jiān)測； </p><p>　　4、充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)的在線監(jiān)測； </p><p>　　5、可以對蓄電

23、池連線電阻進行測量，實現(xiàn)對蓄電池斷線、接頭松動、接頭生銹等故障隱患的監(jiān)測； </p><p>　　6、可以對蓄電池充放電全過程進行監(jiān)測； </p><p>　　7、可以控制放電儀，對蓄電池進行核容放電，并自動生成核容報表； </p><p>　　8、絕對保證安全： </p><p>　　（1）不得在直流工作回路增加任何器件； </p&g

24、t;<p>　?。?）測試線全部采用高阻設計，即使測試線短路也不對直流系統(tǒng)運行產(chǎn)生任何影響； </p><p>　?。?）采用阻燃設計； </p><p>　　9、SDH、以太網(wǎng)、GPRS、RS485、RS232、USB等多種通訊方式，實現(xiàn)多種方式靈活組建大范圍遠程監(jiān)測網(wǎng)絡。 </p><p>　　10、以多服務器為基礎的大型數(shù)據(jù)庫管理分析系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)

25、十至數(shù)百個變電站的監(jiān)測、數(shù)據(jù)存貯、統(tǒng)計分析、生成報表。 </p><p>　　11、B/S結構的監(jiān)控軟件，便于軟件的維護管理和升級； </p><p>　　12、專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對直流電源、蓄電池的狀態(tài)評估。 </p><p>　　13、系統(tǒng)達到的技術經(jīng)濟指標： </p><p>　?。?）電壓測試精度：0.5%； </p>&l

26、t;p>　?。?）電流測試精度：1.0%； </p><p>　?。?）蓄電池內阻及連線電阻測試精度：2.0%； </p><p>　?。?）蓄電池內阻測試電流：≤5A； </p><p>　?。?）可以監(jiān)測變電站數(shù)量：1024個。 </p><p><b>　　四、應用情況 </b></p><

27、;p>　　對原直流電源蓄電池系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)對其遠程監(jiān)控，提高變電站直流電源系統(tǒng)的自動化水平、完善其功能，增強直流系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性；本次建設5個變電站的直流電源系統(tǒng)，每個變電站各安裝一套站端設備，共5套，在遠端共用1臺數(shù)據(jù)服務器和3個遠程監(jiān)控終端，實現(xiàn)直流電源蓄電池在線均衡維護監(jiān)控。 </p><p><b>　　五、經(jīng)濟效益分析 </b></p><p&

28、gt;　　直流電源蓄電池在線均衡維護系統(tǒng)能實時采集直流充電機運行狀態(tài)、電池的單體電壓及內阻、母線電壓、電流、絕緣監(jiān)視,饋線開關狀態(tài)檢測等重要電源特性參數(shù)，并上送到監(jiān)控中心，實現(xiàn)直流設備遠程監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設備運行的不正常狀態(tài)，及時處理，而不等其發(fā)展演變成事故；實現(xiàn)遠程蓄電池組容量試驗、電池內阻測試及在線均衡，直流母線遠程控制及狀態(tài)切換、充電機均/浮充轉換遠程控制、充電機參數(shù)的遠程設置等功能，能極大減輕維護人員的工作量，降低維護成本，減少現(xiàn)

29、場操作所帶來的種種隱患，全面提高變電站綜合自動化技術水平。根據(jù)站內蓄電池投運6年以上需進行每年一次、6年以內需進行兩年一次充放電維護的相關管理規(guī)定，目前，蓄電池站內維護一般采用配備2~3人、駐守3~7天的維護模式，其人工及車輛費約2萬元左右；實現(xiàn)蓄電池在線均衡可有效延長蓄電池使用壽命三分之一以上，按每套8萬元計算，每年每個變電站可以節(jié)約蓄電池采購費用（25000元人民幣/年），合計每站年節(jié)約成本約四萬五千元人民幣左右，間接的經(jīng)濟及社會效

30、益就更大了。 </p><p>　　1）、節(jié)省了大量的人力物力，提高了工作效率，有利于減人增效 </p><p>　　該系統(tǒng)可把各變電站的直流設備信息上送到監(jiān)控中心，供其查詢，同時監(jiān)控中心也可以向各站發(fā)送控制命令。這樣，維護人員在監(jiān)控中心就可對直流設備進行遠方監(jiān)控，減輕了運行維護人員工作量，提高了工作效率，有利于變電站實現(xiàn)無人值守和少人值班，對供電企業(yè)的減人增效意義重大。 </p&g

31、t;<p>　　2）有利于安全生產(chǎn) </p><p>　　直流電源遠程操作及維護系統(tǒng)把分散的直流電源蓄電池信息上送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心就可實時監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，特別是在直流設備發(fā)生運行異常時，運行維護人員能及時收到報警信號，及時處理，而不等其發(fā)展演變成事故；另外，本系統(tǒng)在對蓄電池組充放電等都經(jīng)過了微機防誤邏輯判斷，嚴格遵守直流系統(tǒng)操作規(guī)程，避免了人為誤操作；實現(xiàn)了電池在線均衡，不但延長了電池使用

32、壽命，而且提高了電池及直流系統(tǒng)供電的安全性。 </p><p>　　3）滿足了智能電網(wǎng)及數(shù)字化變電站的發(fā)展要求。 </p><p>　　目前,電力系統(tǒng)中發(fā)電廠，特別是變電站正朝著數(shù)字化、無人值守型方向發(fā)展, 各種電氣設備已逐漸實現(xiàn)遠方監(jiān)控，而直流電源系統(tǒng)本身的遠程在線維護卻無完善的實施方案和技術手段；應用該系統(tǒng)，可實現(xiàn)直流系統(tǒng)由計劃定時檢修向狀態(tài)檢修維護的過渡，大大提高了直流電源現(xiàn)有技術水

33、平，滿足智能電網(wǎng)及數(shù)字化變電站的發(fā)展要求。 </p><p><b>　　六 結論 </b></p><p>　　直流電源蓄電池在線均衡維護系統(tǒng)可以實時監(jiān)控直流充電機運行狀態(tài)、電池的單體電壓、內阻及容量、控制母線電壓、合閘母線電壓、饋線開關狀態(tài)等重要電源特性參數(shù)；實現(xiàn)了蓄電池遙控放電和在線均衡、直流設備運行歷史查詢和設備運行異常的情況上報等功能，具有設計合理、功能齊全